纺织品热传递性的应用及检测标准探讨

徐国东，邱星伟

(国家纺织产品质量监督检验中心(江阴)，江阴市纤维检验所，江苏 江阴 214434)

服用纺织品的热传递性不仅是重要的性能指标，也会影响其在不同环境条件下的使用效果。夏季织物的凉爽透气，冬季织物的御寒保暖以及极端环境下的特种防寒服或隔热服均体现了服用纺织品热传递性的重要性。

1 纺织品热传递理论

热传递过程中热量主要通过热传导、热辐射及热对流三种方式进行传递[1]。对于服用纺织品而言，无论是针织或是机织面料，均是由纤维和纱线织造的具有几何形状的产品，可视为纺织纤维与空气相结合的多孔层状材料，因此服用纺织品热传递过程往往为热传导、热辐射及热对流三种方式同时进行的复杂过程[2]。近年来的研究中，热传导通常被认为是纺织品热传递的主要方式，这是由于纺织纤维的热阻远远小于空气等介质的热阻，从而使热量主要沿纤维方向进行传递，同时，由于纺织品空隙较小导致空气流动较少，使得热对流这一方式对纺织品热传递贡献较少[3，4]。除此以外，因热辐射大多被织物吸收或反射，使其对纺织品热传递性的影响远小于热传导。目前随着纺织材料与技术的不断发展，纺织品因自身差异性较大，导致影响热传递性能的因素有很多，如纤维结构及纤维晶区排列方式，纺织品结构及空隙大小以及纺织品结构参数，如厚度、覆盖参数[5-8]、克罗值、热阻、传热系数、湿阻等[9]。

2 纺织品热传递性的应用

2.1 防寒保暖织物

二战中，为解决极端严寒环境中军队的抗寒补给问题，人们首次重点关注并研究纺织品热传递机理并将其应用于保暖织物的研发中[10]。随后，人们不断研究抗寒织物的热传递性能检测方法与影响因素，以选择更为优异的防寒保暖材料。传统天然纤维如棉、羊毛、羽绒纤维等均具有一定保暖性能因而被应用于传统防寒保暖纺织品的制备，但因保存条件、纤维强力及价格等问题受到一定的限制。随着合成纤维的发展，超细纤维和中空纤维因具有热阻值优异、能吸附更多空气介质等优点而得到了极高的关注。20世纪60年代以来，日本东丽、帝人、旭川化学等公司以及美国3M公司在超细纤维的研发与工艺完善方面取得极大的成功，美国杜邦公司基于仿生技术研发出具有优异导湿性和保暖性的中空纤维[11]。国内针对保暖材料的研发起步较晚，如我国泰达公司开发了比表面积及保暖性能数倍于传统材料的超细保暖纤维，张鑫[12]采用新型多沟槽中空纤维制备了具有高保暖性、导湿排汗的新型保暖面料。自20世纪90年代起，基于国内市场对中空纤维与超细纤维的极大需求，其产能进入快速增长阶段。

2.2 凉感织物

近年来，为缓解高温天气带来的不舒适感，凉感面料逐渐成为人们关注与研发的热点。凉感织物是纺织品热传递性的重要体现，主要表现为当低于皮肤温度的凉感面料与人体接触时，皮肤温度快速传递到面料上以降低皮肤表面温度。凉感织物大多是通过具有凉感性的纤维直接纺织加工或者是通过对面料进行物理、化学改性制得。目前常用的凉感纤维有凉爽玉纤维、蚕丝纤维、凉感锦纶、涤纶以及高导热聚乙烯纤维等[13]。

2.3 吸湿发热面料

吸湿发热面料是近年来功能性纺织品的研发热点之一，其通过纤维表面的功能官能团吸收环境中的水分子产生能量，升高温度并将热量传导给人体。目前国内外对吸湿发热面料均有大量研究。国外吸湿发热面料产品相对成熟，如日本的Thermogear纤维，具有舒适柔软的手感、良好的吸湿发热性能以及保暖性能。国内吴炳烨等人[14]通过湿法纺丝的工艺将具有吸湿发热性能的聚丙烯酸钠与粘胶纺丝液混合，制备了具有不规则锯齿状截面以及较深纵向沟槽的吸湿发热粘胶纤维。方国平、张佩华[15]利用赛络紧密纺工艺制备了具有优异储能、保暖、吸湿发热功能的麻赛尔面料，并对不同纤维配比下的面料进行性能测试以探究最优制备条件。

2.4 智能调温纺织品

智能调温纤维，也称为相变纤维，其可随外界环境温度变化而发生相变并吸收或散发热量，使服装保持适宜人体的温度。自1988年美国航天局首次成功研发Outlast腈纶基智能调温纤维以来，大量具有优异性能的智能调温纤维逐渐问世。目前，智能调温纺织品常用的制备方法主要有中空纤维填充法、纺丝法、涂层整理法及表面接枝法[16]，其中，美国和欧洲以微胶囊混合纺丝为主，日本以对中空纤维改性为主。尽管我国在智能调温纺织品研发领域起步较晚，但也取得了多项成果，如丹盛纺织有限公司的腈纶基智能调温纤维和吉藁化纤有限公司的粘胶基智能调温纤维，成功填补了我国智能调温纤维领域的空白。随着人们服装功能性需求的提高，智能调温纺织品因其独特优势将获得进一步发展。

3 不同纺织品热传递性能检测方法

3.1 保暖抗寒织物热传递性检测方法

保暖抗寒织物研发时间最长，其热传递性能检测方法也最为全面，其中应用最广泛的检测方法为GB/T 35762—2017《纺织品 热传递性能试验方法 平板法》，该方法中试样安置在铜或铝制金属板上，试样的四周及底板均为绝热保温材料，以减少热量流失带来的误差。测试结束后，通过热阻计算织物的保温率和克罗值以表征织物的保暖性能。但在外界实际环境中，织物难以时刻保持干燥状态，而平板法不能适用于湿热状态的织物，GB/T 11048—2018《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定(蒸发热板法)》中蒸发平板法可解决上述问题。该方法与平板法最大的区别在于在检测过程中引入了湿阻的测定，并以此间接模拟纺织品在服用过程中复杂的热和湿传递过程，间接表征纺织品的生理舒适性。

无论平板法和蒸发平板法，虽然适用于各种纺织织物、涂层织物、皮革及复合面料，但均无法对成衣的热传递性能进行检测。GB/T 18398—2001《服装热阻测试方法 暖体假人法》主要应用于缝制成衣的热传递性能检测，并通过暖体假人模拟人体、服装及环境的热传递过程，以热阻的形式进行表征。自20世纪60年代起，美欧各国和日本相继将暖体假人应用于成衣热及湿传递性能的检测，随着性能指标的不断提高，暖体假人也经历数代升级，由最初的静止不动到如今实现复杂活动并模拟人体排汗，最大程度上提高了成衣湿热性能检测的准确性。

除上述国家标准中提到的检测方法外，织物的热传递性能还可以通过平面热源法、热线法、激光闪射法等方法进行测试及研究。

3.2 凉感织物热传递性能检测

凉感织物的特点是具有良好的热传递性能，能够快速散发人体皮肤表面热量并降低温度。目前对凉感织物的性能测定主要是通过GB/T 35263—2017《纺织品 接触瞬间凉感性能的检测和评价》，该标准通过定义接触凉感系数表征织物凉感性能，但该标准中提到的测试方法仍存在不足，如测试所用为铜板平面探头，无法模拟人体皮肤表面与织物的柔性接触；该标准仅能判断织物是否具有凉感性，无法对其性能进行具体评价；该方法仅适用于平整面料，无法应用于凉感纤维的性能测定；难以反映凉感织物吸热散热的完整过程。因此，织物凉感性能的检测方法还需不断完善。

3.3 吸湿发热织物性能检测

对于吸湿发热织物的性能检测，主要参照FZ/T 73036—2010《吸湿发热针织内衣》及GB/T 29866—2013《纺织品 吸湿发热性能试验方法》。尽管两者都是通过干燥试样在测试温湿度下30 min内平均升温值和最高升温值以表征其吸湿发热性能，但仍存在不同：前者仅适用于内衣，升温值为最终温度值与初始温度值之差，干燥器位于标准大气环境中位置以及样品放置方向未作规定；后者适用于所有吸湿发热面料，升温值为最终温度值与空白温度值之差，干燥器位于测试环境中且规定样品垂直于水平面放置。二者实验结果略有差异。

4 结语

作为人体的皮肤与外界环境的桥梁，服用纺织品随着人们需求的不断提高而获得了较快发展。为了最大限度提高人体的热湿舒适性，人们利用纺织品热传导性研发了诸如保温、凉感、吸湿发热、智能调温等新型面料。尽管已有部分标准测试方法适用于上述新型面料的热传递性能测试，但因人体皮肤以及织物结构的复杂性，纺织品热传递性能的测试技术还有待完善与更新。